2014年9月15日

扩展我们对基因组学的理解

乍看上去

  • 通过分析人类,苍蝇和蠕虫的基因组,科学家发现了许多常见的关键特征。
  • 这些发现提供了对胚胎发育,基因调控以及其他对人类生物学和疾病至关重要的生物学过程的见解。
实蝇,人和round虫的例证。 国家卫生研究院达里尔·莱亚(Darryl Leja)

2003年发表的人类基因组序列已帮助研究人员鉴定出与健康和疾病有关的无数基因。但是基因只能说明生物学故事的一部分。许多其他类型的DNA序列也具有生物学功能。这些区域控制基因活性并影响DNA结构,动力学和复制。染色质是形成染色体的DNA和蛋白质的复合物,它也影响基因的表达方式(打开和关闭)。 2003年,美国国立卫生研究院(NIH)的国家人类基因组研究所(NHGRI)发起了DNA元素百科全书(ENCODE)联盟,以对人类基因组中的这些功能性元素进行分类。

为了了解基因组功能的复杂分子机制,研究人员经常转向模型生物。 2007年,NHGRI启动了modENCODE,以便在 秀丽隐杆线虫 (round虫)和 果蝇 (果蝇)基因组。初始目录于2010年发布。五篇新的modENCODE论文发表在 性质 这些研究是2014年8月28日发表的数百篇modENCODE论文中的一部分,以表明该项目已经完成。

在一项研究中,科学家分析了人类,果蝇和蠕虫的转录组,即基因转录本(或“读数”)的完整集合。通过研究超过670亿个序列读数,研究人员发现了所有3种物种共有的基因表达模式。研究小组还在基因启动子(细胞开始将DNA转录为RNA的区域)中发现了染色质特征,可以预测所有3种生物体中的表达水平。

另一个小组研究了染色质的组织方式及其对基因调控的影响。科学家们比较了细胞进入内部DNA所需的染色质修饰模式,以及这些修饰导致的DNA复制模式的变化。他们发现,染色质组织的一般原理在所有3个物种中都相似。但是,这些结构特征在基因组中的位置取决于细胞的类型和状态。

另一个小组分析了转录调节因子,即与DNA结合并调节基因以控制细胞发育和活性的关键蛋白。研究人员绘制了这些因子在不同细胞类型,发育阶段和条件下所有3种物种中的结合位置。他们发现,基因调控的一般原则在物种之间是保守的。转录因子倾向于结合相似的DNA序列并协调相似的调控网络。但是,不同物种间的调控靶标和结合模式差异很大。转录因子也大多在不同的时间表达,这取决于发育阶段和其他条件。

其中一篇论文的主要作者,耶鲁大学的马克·格斯坦博士解释说:“描述和理解人类基因组的一种方法是通过比较基因组学和研究模型生物。”

除了modENCODE研究人员发表的论文外,该程序之外的小组还发表了数百篇使用ENCODE数据的论文。这些共同增加了大量新信息,供研究团体使用。

相关链接

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资金: NIH的国家人类基因组研究所(NHGRI),国家普通医学科学研究所(NIGMS)和国家生物医学成像与生物工程研究所(NIBIB);能源部;礼来公司惠康信托;西班牙教育部;国家自然科学基金;教育科学部&韩国技术;韩国国家研究基金会。